[发明专利]紧凑型多级涡轮泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种多级涡轮泵，特别地涉及一种用于内燃发动机的多级涡轮增压器。本发明的方面涉及泵、发动机以及车辆。

背景技术

多年来，特别是在车辆中已经使用了排气驱动式涡轮增压器来改善活塞式内燃发动机的功率和效率。单纯的单级涡轮增压器包括直接驱动同轴的进气压缩机的排气驱动涡轮机，从而相比其他情况允许在每个气缸中的更大体积的充量。

理想地，该排气驱动涡轮机将有效地工作于所有发动机速度和排气流量，但是一般而言，在高发动机速度情况下高效的涡轮机在低发动机速度(低排气流量)情况下略微低效，从而导致了不期望的涡轮迟滞现象。

同样地，在低发动机速度情况下高效的涡轮机在高发动机速度情况下也可能受到限制，从而导致了对应的发动机功率的缺乏。由于旁通阀(排气门)必须打开以使不能被涡轮机处理的排气流转向，因此涡轮增压器的效率也会在高发动机速度情况下减小。

因此，已经提出了包括有低压涡轮机和高压涡轮机的两级涡轮增压器。这些涡轮机可以顺序地或部分地或完全一致地操作以大致在整个发动机速度范围内实现高效的充量压缩。

两级涡轮增压的一种结果在于必须设置分开的进、出涡轮机的每一级的气体通道并且需要流量阀和控制装置以确保涡轮机的每一级在适当的发动机速度范围内操作。

还可以设置两个压缩机等级从而以低空气流率和高空气流率提供更好的充量压缩，并且不可避免地，必须设置分开的气体通道、流量阀以及控制装置。

额外的气体通道和控制阀的结果在于涡轮增压器外形变大且变重，并且相应地难以配装在与发动机排气歧管相邻的有限空间内。这一问题因缩小尺寸的发动机和排气歧管而严重化。另一结果在于大量的热可能从这些通道辐射在涡轮机侧，使得排气催化剂的起燃可能延迟，这不利于满足日益严格的排放法规。

涡轮增压器可以具有三级或更多级，但却不可避免地使包括气体通道的所需的总空间进一步增大。

改善整个发动机速度范围内的涡轮增压器性能的另一方法在于提供一种适于气体输送量的可变几何结构的叶片。这种可变几何结构系统是有效的，但是可能还需要更多的控制和致动装置。

发明内容

鉴于此背景，已经构想出本发明。本发明的实施方式可以提供一种涡轮泵，特别是一种显著地更为紧凑的多级排气驱动式涡轮泵。本发明的其他目的和优点从以下描述、权利要求和附图中将变得显而易见。

就多级涡轮泵而言，指的是具有多个涡轮机叶轮和/或多个压缩机叶轮的涡轮泵，所述多个涡轮机叶轮和/或多个压缩机叶轮设置成使涡轮泵能够在其中有效地工作的发动机速度范围增大。所述多个级在涡轮增压器中大体上结合在紧邻排气歧管或每个排气歧管的下游处的共用组件内，并且包括阀以控制各级的操作以及连续的级之间的交叠。通常设置由用于低气体流率的成对的小直径的涡轮机叶轮和压缩机叶轮、以及用于高气体流率的成对的大直径的涡轮机叶轮和压缩机叶轮构成的两个级。

根据本发明的一方面，提供了一种具有能够在壳体内绕共用轴线旋转的多个压缩机叶轮和多个涡轮机叶轮的涡轮泵，压缩机叶轮或涡轮机叶轮中的一个具有用于将流体供给至压缩机叶轮或涡轮机叶轮中的另一个的轴向通流通道。因此，上游压缩机可以设置有至下游压缩机的进气贯穿路径。上游涡轮机可以通过下游涡轮机排气。

在实施方式中，流至压缩机叶轮或涡轮机叶轮的气流可以驱动该叶轮，以及穿过该叶轮。因此，可以于带孔口的压缩机叶轮的上游侧设置单个供给通道，以及从带孔口的涡轮机叶轮的下游侧起设置单个供给通道。在压缩机侧，穿过一个级的压缩机叶轮的气体与另一级的下游压缩机叶轮相关联。在涡轮机侧，穿过一个级的涡轮机叶轮的气体与另一级的上游涡轮机叶轮相关联。

在一个实施方式中，涡轮泵为多级涡轮增压器，在该多级涡轮增压器中，多对压缩机叶轮和涡轮机叶轮共同操作以大致在整个发动机速度范围内提供有效的充量压缩。

在涡轮增压器的一个实施方式中，压缩机叶轮和涡轮机叶轮允许气体沿轴向穿过其中；所述压缩机叶轮和涡轮机叶轮可以与压缩机的同一级相关联。

在一个实施方式中，带孔口的叶轮或每个带孔口的叶轮的气流通道都是绕旋转轴线而大致共轴的，并且可以具有恒定的横截面。

带孔口的叶轮或每个带孔口的叶轮都可以包括可沿着贯穿通道延伸的翼片。该翼片可以是在轴向上是直的或者成形为影响气流。例如，这种翼片在压缩机叶轮中可以是弓形的以产生适于下游压缩机叶轮的预旋转。在涡轮机侧，翼片可以用于回收部分排气能或用于提高总体效率。